共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯纖維，尤其涉及一種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，用于制備超高分子量聚乙烯纖維。按以下步驟進(jìn)行：制備溶脹懸浮液→制備改性混合懸浮液→溶脹懸浮液與改性混合懸浮液共混→制備灰色系超高分子量聚乙烯纖維。共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法使超高分子量聚乙烯纖維具有良好抗沖擊性、耐磨性及抗蠕變性的改性纖維。
【專利說明】共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯纖維，尤其涉及一種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，用于制備超高分子量聚乙烯纖維。
【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐沖擊性能及耐化學(xué)腐蝕性能，同時還具有極好的彎曲性能及耐紫外線性能，在高新【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是纜繩及高強(qiáng)復(fù)合材料材料領(lǐng)域中的重要應(yīng)用受到人們極大的關(guān)注。
[0003]通過分析超高分子量聚乙烯纖維的分子結(jié)構(gòu)，可知纖維的超分子結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，并高度有序。纖維大分子鏈上無極性基團(tuán)、無化學(xué)活性，且表面能較低。因此，纖維在用作防彈材料、纜繩、防護(hù)材料使用是，抗沖擊性、耐磨性及抗蠕變性能不夠。上述缺陷限制了纖維在高精尖行業(yè)的推廣應(yīng)用，因此，針對性的改善纖維固有缺陷，提高纖維抗沖擊性、耐磨性及抗蠕變性是很有必要的。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種通過在紡絲液中添加一定比例的單壁碳納米管、石墨烯粉料、納米SiO2制備成改性混合懸浮液，混合均勻后經(jīng)紡絲螺桿及紡絲組件得到灰色系改性超高分子量聚乙烯凍膠原絲，經(jīng)萃取-干燥-熱拉伸可得具有良好抗沖擊性、耐磨性及抗蠕變性的改性纖維的共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法。
[0005]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
一種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(I)、制備溶脹懸浮液:
將超高分子量聚乙烯原料溶解在C16?C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑中，并添加乳化劑和抗氧劑，在溶脹釜中不斷攪拌下，溶脹釜內(nèi)的溫度以1.20C /min的速率升溫至120?125°C，保溫0.5h后，得到溶脹懸浮液；
超高分子量聚乙烯原料的添加量為C16?C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑的10.788%，超高分子量聚乙烯原料的質(zhì)量百分濃度為9.738% ；
C16?C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑為70#HPE紡絲專用白油。
[0006]乳化劑的型號為LW90。
[0007]抗氧劑的型號為B225型。
[0008](2)、制備改性混合懸浮液:
將單壁碳納米管和納米SiO2放入乳化機(jī)中進(jìn)行分散，分散的時間為30min，并分3次加入石墨烯粉料，乳化后得到改性混合懸浮液，改性混合懸浮液中固體顆粒含量為5.264% ；單壁碳納米管的質(zhì)量百分濃度為1.724% ；
納米SiO2質(zhì)量百分濃度為2.699% ；
石墨烯粉料的質(zhì)量百分濃度為0.841% ；單壁碳納米管的型號包括以下幾種:JCST-95-ll-10、TNST、CNT400、SWCNT。
[0009](3)、溶脹懸浮液與改性混合懸浮液共混:
將改性混合懸浮液與溶脹懸浮液按照1:39.92?1:69.54的質(zhì)量比在溶脹釜中進(jìn)行混 合，然后不斷進(jìn)行攪拌，攪拌升溫至150°C，保溫0.5h后，形成紡絲流體，其中超高分子量聚 乙烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9.5%?9.6% ;紡絲流體由下料釜注入雙螺桿擠出機(jī)中；
紡絲流體溫度由110?115°C升至275?290°C，經(jīng)螺桿解纏作用，歷時12.5?13min 進(jìn)入噴絲組件，在溫度為293?295°C的前提下以一定的流量成條，得到的灰色凍膠原絲；
(4)、制備灰色系超高分子量聚乙烯纖維:
凍膠原絲經(jīng)應(yīng)力平衡后預(yù)收縮48h后，使用碳?xì)淝逑磩瞿z原絲進(jìn)行萃取，并在 40°C的烘箱完成萃取劑去除工藝，形成超高分子量聚乙烯纖維半成品，超高分子量聚乙烯 纖維半成品在溫度為130°C的七輥牽伸機(jī)上進(jìn)行超倍拉伸，使纖維中的大分子取向，在應(yīng)力 誘導(dǎo)下提高聚乙烯大分子的結(jié)晶度，超高分子量聚乙烯分子由折疊鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié) 構(gòu)，落絲收卷后制得灰色系超高分子量聚乙烯纖維，其中單壁碳納米管、納米SiO2、石墨烯 相對于超高分子量聚乙烯的重量比為0.255?0.443%,0.399?0.694%,0.124?0.216%。
[0010]作為優(yōu)選，步驟(I)中，超聞分子量聚乙烯原料的粘均分子量為550?600萬,乳 化劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.003?0.0035%，抗氧劑占超高分子量聚乙 烯的質(zhì)量百分濃度為0.2?0.5%，溶脹釜的攪拌速度為65?70轉(zhuǎn)/min，溶脹釜的攪拌時 間為2.0?2.5h ;
步驟(2)中，乳化機(jī)的分散速度為3000轉(zhuǎn)/min，乳化機(jī)的分散時間為15?30min，每 次添加石墨稀粉料的間隔時間為5?IOmin ；
步驟(3)中，改性混合懸浮液與溶脹懸浮液的比例為1:39.92，攪拌的速度為65?70 轉(zhuǎn)/min，攪拌的時間為1.9?2.2h，流量的速度為16?16.26kg/h。
[0011]因此，本發(fā)明的共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，使超高分子量聚乙 烯纖維具有良好抗沖擊性、耐磨性及抗蠕變性的改性纖維。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0013]實(shí)施例1:一種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)、制備溶脹懸浮液:
將超高分子量聚乙烯原料溶解在C16的異構(gòu)烷烴混合溶劑中，并添加乳化劑和抗氧劑， 在溶脹釜中不斷攪拌下，溶脹釜內(nèi)的溫度以1.2V /min的速率升溫至120°C，保溫0.5h后， 得到溶脹懸浮液；
超高分子量聚乙烯原料的添加量為C16的異構(gòu)烷烴混合溶劑的10.788%，超高分子量聚 乙烯原料的質(zhì)量百分濃度為9.738% ；
(2)、制備改性混合懸浮液:
將單壁碳納米管和納米SiO2放入乳化機(jī)中進(jìn)行分散，分散的時間為30min，并分3次加 入石墨烯粉料，乳化后得到改性混合懸浮液，改性混合懸浮液中固體顆粒含量為5.264% ； 單壁碳納米管的質(zhì)量百分濃度為1.724% ；
納米SiO2質(zhì)量百分濃度為2.699% ； 石墨烯粉料的質(zhì)量百分濃度為0.841% ；
(3)、溶脹懸浮液與改性混合懸浮液共混:
將改性混合懸浮液與溶脹懸浮液按照1:39.92的質(zhì)量比在溶脹釜中進(jìn)行混合，然后不斷進(jìn)行攪拌，攪拌升溫至150°C，保溫0.5h后，形成紡絲流體，其中超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9.5% ;紡絲流體由下料釜注入雙螺桿擠出機(jī)中；
紡絲流體溫度由110°C升至275°C，經(jīng)螺桿解纏作用，歷時12.5min進(jìn)入噴絲組件，在溫度為293°C的前提下流量成條，得到的灰色凍膠原絲；
(4)、制備灰色系超高分子量聚乙烯纖維:
凍膠原絲經(jīng)應(yīng)力平衡后預(yù)收縮48h后，使用碳?xì)淝逑磩瞿z原絲進(jìn)行萃取，并在40°C的烘箱完成萃取劑去除工藝，形成超高分子量聚乙烯纖維半成品，超高分子量聚乙烯纖維半成品在溫度為130°C的七輥牽伸機(jī)上進(jìn)行超倍拉伸，使纖維中的大分子取向，在應(yīng)力誘導(dǎo)下提高聚乙烯大分子的結(jié)晶度，超高分子量聚乙烯分子由折疊鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié)構(gòu)，落絲收卷后制得灰色系超高分子量聚乙烯纖維，其中單壁碳納米管、納米SiO2、石墨烯相對于超高分子量聚乙烯的重量比為0.255%,0.399%,0.124%。
[0014]步驟(I)中，超高分子量聚乙烯原料的粘均分子量為550萬，乳化劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.003%，抗氧劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.2%，溶脹爸的攪拌速度為65轉(zhuǎn)/min,溶脹爸的攪拌時間為2.0h ；
步驟(2)中，乳化機(jī)的分散速度為3000轉(zhuǎn)/min，乳化機(jī)的分散時間為15min，每次添加石墨稀粉料的間隔時間為5min ；
步驟(3)中，改性混合懸浮液與溶脹懸浮液的比例為1:39.92，攪拌的速度為65轉(zhuǎn)/min，攪拌的時間為1.9h，流量的速度為16kg/h。
[0015]實(shí)施例2:—種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)、制備溶脹懸浮液:
將超高分子量聚乙烯原料溶解在C2tl的異構(gòu)烷烴混合溶劑中，并添加乳化劑和抗氧劑，在溶脹釜中不斷攪拌下，溶脹釜內(nèi)的溫度以1.2V /min的速率升溫至122°C，保溫0.5h后，得到溶脹懸浮液；
超高分子量聚乙烯原料的添加量為C2tl的異構(gòu)烷烴混合溶劑的10.788%，超高分子量聚乙烯原料的質(zhì)量百分濃度為9.738% ；
(2)、制備改性混合懸浮液:
將單壁碳納米管和納米SiO2放入乳化機(jī)中進(jìn)行分散，分散的時間為30min，并分3次加入石墨烯粉料，乳化后得到改性混合懸浮液，改性混合懸浮液中固體顆粒含量為5.264% ；單壁碳納米管的質(zhì)量百分濃度為1.724% ；
納米SiO2質(zhì)量百分濃度為2.699% ；
石墨烯粉料的質(zhì)量百分濃度為0.841% ；
(3)、溶脹懸浮液與改性混合懸浮液共混:
將改性混合懸浮液與溶脹懸浮液按照1:40的質(zhì)量比在溶脹釜中進(jìn)行混合，然后不斷進(jìn)行攪拌，攪拌升溫至150°C，保溫0.5h后，形成紡絲流體，其中超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9.55% ;紡絲流體由下料釜注入雙螺桿擠出機(jī)中；
紡絲流體溫度由112°C升至280°C，經(jīng)螺桿解纏作用，歷時12.7min進(jìn)入噴絲組件，在溫度為294°C的前提下流量成條，得到的灰色凍膠原絲；
(4)、制備灰色系超高分子量聚乙烯纖維:
凍膠原絲經(jīng)應(yīng)力平衡后預(yù)收縮48h后，使用碳?xì)淝逑磩瞿z原絲進(jìn)行萃取，并在 40°C的烘箱完成萃取劑去除工藝，形成超高分子量聚乙烯纖維半成品，超高分子量聚乙烯 纖維半成品在溫度為130°C的七輥牽伸機(jī)上進(jìn)行超倍拉伸，使纖維中的大分子取向，在應(yīng)力 誘導(dǎo)下提高聚乙烯大分子的結(jié)晶度，超高分子量聚乙烯分子由折疊鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié) 構(gòu)，落絲收卷后制得灰色系超高分子量聚乙烯纖維，其中單壁碳納米管、納米SiO2、石墨烯 相對于超高分子量聚乙烯的重量比為0.3%、0.5%、0.2%。
[0016]步驟(I)中，超高分子量聚乙烯原料的粘均分子量為580萬，乳化劑占超高分子量 聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.0032%，抗氧劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.4%， 溶脹釜的攪拌速度為68轉(zhuǎn)/min，溶脹釜的攪拌時間為2.2h ；
步驟(2)中，乳化機(jī)的分散速度為3000轉(zhuǎn)/min，乳化機(jī)的分散時間為25min，每次添加 石墨稀粉料的間隔時間為7min ；
步驟⑶中，改性混合懸浮液與溶脹懸浮液的比例為1:50，攪拌的速度為68轉(zhuǎn)/min， 攪拌的時間為2.0h，流量的速度為16.lkg/h。
[0017]實(shí)施例3:—種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)、制備溶脹懸浮液:
將超高分子量聚乙烯原料溶解在C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑中，并添加乳化劑和抗氧劑， 在溶脹釜中不斷攪拌下，溶脹釜內(nèi)的溫度以1.2V /min的速率升溫至125°C，保溫0.5h后， 得到溶脹懸浮液；
超高分子量聚乙烯原料的添加量為C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑的10.788%，超高分子量聚 乙烯原料的質(zhì)量百分濃度為9.738% ；
(2)、制備改性混合懸浮液:
將單壁碳納米管和納米SiO2放入乳化機(jī)中進(jìn)行分散，分散的時間為30min，并分3次加 入石墨烯粉料，乳化后得到改性混合懸浮液，改性混合懸浮液中固體顆粒含量為5.264% ； 單壁碳納米管的質(zhì)量百分濃度為1.724% ；
納米SiO2質(zhì)量百分濃度為2.699% ；
石墨烯粉料的質(zhì)量百分濃度為0.841% ；
(3)、溶脹懸浮液與改性混合懸浮液共混:
將改性混合懸浮液與溶脹懸浮液按照1:69.54的質(zhì)量比在溶脹釜中進(jìn)行混合，然后不 斷進(jìn)行攪拌，攪拌升溫至150°C，保溫0.5h后，形成紡絲流體，其中超高分子量聚乙烯的質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)為9.6% ;紡絲流體由下料釜注入雙螺桿擠出機(jī)中；
紡絲流體溫度由115°C升至290°C，經(jīng)螺桿解纏作用，歷時13min進(jìn)入噴絲組件，在溫度 為295°C的前提下以一定的流量成條，得到的灰色凍膠原絲；
(4)、制備灰色系超高分子量聚乙烯纖維:
凍膠原絲經(jīng)應(yīng)力平衡后預(yù)收縮48h后，使用碳?xì)淝逑磩瞿z原絲進(jìn)行萃取，并在 40°C的烘箱完成萃取劑去除工藝，形成超高分子量聚乙烯纖維半成品，超高分子量聚乙烯 纖維半成品在溫度為130°C的七輥牽伸機(jī)上進(jìn)行超倍拉伸，使纖維中的大分子取向，在應(yīng)力 誘導(dǎo)下提高聚乙烯大分子的結(jié)晶度，超高分子量聚乙烯分子由折疊鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié)構(gòu)，落絲收卷后制得灰色系超高分子量聚乙烯纖維，其中單壁碳納米管、納米SiO2、石墨烯相對于超高分子量聚乙烯的重量比為0.443%,0.694%,0.216%。
[0018]步驟(I)中，超高分子量聚乙烯原料的粘均分子量為600萬，乳化劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.0035%，抗氧劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.5%，溶脹釜的攪拌速度為70轉(zhuǎn)/min，溶脹釜的攪拌時間為2.5h ；
步驟(2)中，乳化機(jī)的分散速度為3000轉(zhuǎn)/min，乳化機(jī)的分散時間為15?30min，每次添加石墨稀粉料的間隔時間為IOmin ；
步驟(3)中，改性混合懸浮液與溶脹懸浮液的比例為1:69.54，攪拌的速度為70轉(zhuǎn)/min，攪拌的時間為2.2h，流量的速度為16.26kg/h。
【權(quán)利要求】
1.一種共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:(1)、制備溶脹懸浮液:將超高分子量聚乙烯原料溶解在C16?C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑中，并添加乳化劑和抗 氧劑，在溶脹釜中不斷攪拌下，溶脹釜內(nèi)的溫度以1.20C /min的速率升溫至120?125°C， 保溫0.5h后，得到溶脹懸浮液；超高分子量聚乙烯原料的添加量為C16?C31的異構(gòu)烷烴混合溶劑的10.788%，超高分 子量聚乙烯原料的質(zhì)量百分濃度為9.738% ；(2)、制備改性混合懸浮液:將單壁碳納米管和納米SiO2放入乳化機(jī)中進(jìn)行分散，分散的時間為30min，并分3次加 入石墨烯粉料，乳化后得到改性混合懸浮液，改性混合懸浮液中固體顆粒含量為5.264% ； 單壁碳納米管的質(zhì)量百分濃度為1.724% ；納米SiO2質(zhì)量百分濃度為2.699% ；石墨烯粉料的質(zhì)量百分濃度為0.841% ；(3)、溶脹懸浮液與改性混合懸浮液共混:將改性混合懸浮液與溶脹懸浮液按照1:39.92?1:69.54的質(zhì)量比在溶脹釜中進(jìn)行混 合，然后不斷進(jìn)行攪拌，攪拌升溫至150°C，保溫0.5h后，形成紡絲流體，其中超高分子量聚 乙烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9.5%?9.6% ;紡絲流體由下料釜注入雙螺桿擠出機(jī)中；紡絲流體溫度由110?115°C升至275?290°C，經(jīng)螺桿解纏作用，歷時12.5?13min 進(jìn)入噴絲組件，在溫度為293?295°C的前提下流量成條，得到的灰色凍膠原絲；(4)、制備灰色系超高分子量聚乙烯纖維:凍膠原絲經(jīng)應(yīng)力平衡后預(yù)收縮48h后，使用碳?xì)淝逑磩瞿z原絲進(jìn)行萃取，并在 40°C的烘箱完成萃取劑去除工藝，形成超高分子量聚乙烯纖維半成品，超高分子量聚乙烯 纖維半成品在溫度為130°C的七輥牽伸機(jī)上進(jìn)行超倍拉伸，使纖維中的大分子取向，在應(yīng)力 誘導(dǎo)下提高聚乙烯大分子的結(jié)晶度，超高分子量聚乙烯分子由折疊鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié) 構(gòu)，落絲收卷后制得灰色系超高分子量聚乙烯纖維，其中單壁碳納米管、納米SiO2、石墨烯 相對于超高分子量聚乙烯的重量比為0.255?0.443%,0.399?0.694%,0.124?0.216%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共混改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于: 步驟(I)中，超高分子量聚乙烯原料的粘均分子量為550?600萬，乳化劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.003?0.0035%，抗氧劑占超高分子量聚乙烯的質(zhì)量百分濃 度為0.2?0.5%，溶脹釜的攪拌速度為65?70轉(zhuǎn)/min，溶脹釜的攪拌時間為2.0?2.5h ;步驟(2)中，乳化機(jī)的分散速度為3000轉(zhuǎn)/min，乳化機(jī)的分散時間為15?30min，每 次添加石墨稀粉料的間隔時間為5?IOmin ；步驟(3)中，改性混合懸浮液與溶脹懸浮液的比例為1:39.92?1:69.54，攪拌的速度 為65?70轉(zhuǎn)/min，攪拌的時間為1.9?2.2h，流量的速度為16?16.26kg/h。
【文檔編號】D01F1/10GK103572396SQ201310471406
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】王景景, 包劍峰, 劉耀信 申請人:杭州翔盛高強(qiáng)纖維材料股份有限公司